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1000MW汽轮机控制保护系统


1000MW汽轮机组

控制保护系统简介

1000MW汽轮机控制系统

上海电气 上海汽轮机有限公司 1000MW汽轮机控制系统

上海电气 上海汽轮机有限公司

STC DEH 发展史
十九世纪八十年代,引进西屋公司300MW机组制造技术,DEH进 口,STC参加调

试。 九十年代,与西屋合资,引进西屋公司DEH技术

九十年代末开始,自主开发了300MW抽汽机组,600MW凝汽机组 的控制系统 开发了60MW单抽、双抽,100MW双抽、135MW 抽汽、凝汽机组 及联合循环汽轮机等系列DEH系统。 与SIEMENS签定1000MW DEH技术转让协议 上海电气 上海汽轮机有限公司

应用不同的硬件,满足用户一体化的要求。 至尽已有数百台机组的运行业绩。

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DEH与SIEMENS分工
? 技术转让合同
SIEMENS公司向STC转让1000MW等级汽轮机组DEH 技术 (汽轮机控制逻辑图、程序;转子及汽缸热应力 计算公式及程序;阀门升程流量曲线计算;试验规范 等)

? 联合设计
SIEMENS公司提供设计规范、控制逻辑图及功能图、 操作画面、对STC的组态进行检查等 STC负责DEH硬件采购、组态调试及现场调试 1000MW汽轮机控制系统 1000MW汽轮机控制系统
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汽轮机控制保护系统
? 汽轮机控制系统(DEH) ? 保护系统(ETS) ? 监测仪表(TSI)
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汽轮机控制系统(DEH)
电子控制装置(DEH)
? 工程师站 ? 操作员站 ? 控制柜(控制器、I/O卡等)

液压系统(EH)
? EH供油系统 ? 执行机构(油动机)

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DEH 控制系统概貌图
操作员站 工程师站

电厂总线 (LWL)
FM458 A FM458 B

与DCS接口

+. 控制室

+. I& C 机柜 AS400H 

SIEMENS

SIEMENS

PROFIBUS-DP
ET200M n1
SIEMENS SIEMENS SIEMENS

ADDFEM

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x x x x x x x

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现场信号

n2

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n3

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n1 , n2,n3

+. 现场设备 伺服控制 转速测量 位置反馈LVDT 's

遮断电磁阀

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DEH系统硬件配置
DEH硬件采用SIEMENS公司的硬件。
系统通信
工业以太网通信协议,用于AS417H控制器、工程师站、

师站、操作员站总线间的通讯,速度可达100M。 PROFIBUS-DP通信协议用于AS417H控制器与 ET200M以及FM458与ADDFEM接口间的通讯,速度可达12M 。

控制器
两对冗余的处理器417H和FM458, 实现双控制器冗 余切换,切换时间为毫秒级。

I/O模件
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I/O采用汽轮机控制专用的ADDFEM模件和通用的 上海电气 ET200M模件 ADDFEM 1000MW汽轮机控制系统 的模拟量输出信号可直接驱动

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冗余417H,FM 458 和 ADDFEM
AS 417A
SIEMENS

FM458 A

AS 417B
SIEMENS

FM458 B

? 冗余的自动化系统 ? Profibus DP(12 Mbit/s)
PROFIBUS DP
SIEMENS

PROFIBUS DP

ADD FEM
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? ADD FEM(DEH控制专 用的输入/输出模块) ? ET200M( SIEMENS标 准输入/输出模块)
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ET200M
姆欧的新项目姆欧的新项目 姆欧的新项目

ADD FEM
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西门子最新技术结晶:FM 458 超高速处理器
AS417H,FM 458

功能强大的FM458处理器 用于高速的汽轮机控制
高性能闭环控制和运算处理 高速响应能力用于转速控制和 紧急遮断 高分辨率用于位置控制 128 MHz, 64bit RISC 浮点处 理器 最小循环周期 0.1 ms , 一般为 0.5 ms.

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DEH输入输出接口 性能卓越的ADDFEM DEH专用控制接口模块ADDFEM 12 通道数字量输入 8 通道模拟量输出 12 通道模拟量输入 3 通道脉冲量输入 16 通道数字量输入 冗余的Profibus DP 接口,支 持12M/S通信速率 完善的自诊断功能

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DEH主要任务
启动及停机 并网 负荷控制 频率稳定 甩负荷至厂用负荷 超速限制

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DEH的功能
转速/负荷控制器
转速控制 负荷控制
应力监视(TSE 升速率监视功能 同步功能 改变负荷功能 甩负荷控制 频率单元 1000MW汽轮机控制系统 1000MW汽轮机控制系统

主汽压力控制
压力限制方式 初压控制方式

阀位控制
阀位控制 阀位限制

高排温度控制 高排压比控制 高排压力控制
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DEH的功能
应力评估器
计算及监视汽机热应力,通过温差来决 定相应部件的热应力,将此温差与允许温差 比较来计算允许的温升率,这样,可以在透 平材料应力与最大的运行灵活性进行最优化 控制,所有测量的温度及计算的温度余度均 进行指示及记录。 进行下列部件的监视 HP主汽门阀壳,HP调节门阀壳,HP汽缸, HP转子,IP转子
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应力监视
??perm

Heat Insulation

保温层
Measuring Insert

heating up
??perm 热电偶 0

???

?o
??

+ Tension Area 热电偶 aprox. 54%

?m
cooling down

?m ?(r)

Compression Area 100%

Casing Wall
r
-

Measuring Points

?温度应力监视
测量点 ?o
aprox. 1%

缸壁

?启动阶段允许的温差

?D

?D

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DEH的功能
辅助系统控制(选项)
润滑油系统控制 控制油系统控制 汽机本体疏水系统控制 轴封系统控制 抽汽逆止门控制 盘车控制
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启动步骤
启动准备 预暖进汽阀门 升速 在暖机转速预暖 升速到额定转速 在额定转速暖机 同步

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启动前在准备
锅炉点火。到再热器的高旁打开,维持高旁压力,以保证足够的 主蒸汽进入再热器。 到凝汽器的低旁打开,控制低旁压力在最低的允许值。 机组盘车投入,自动启动程序处于初始状态。 启动程序打开疏水阀,等待蒸汽管暖管及蒸汽参数满足要求。 在打开主汽门前,汽轮机启动程序检查: ? HP和IP上下外缸温差在限制值之内。

? 所有辅助系统(润滑油、顶轴油、真空、汽封系统等)运行正 常。

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预暖阀门
启动程序自动打开主汽门,让蒸汽进入预暖管,预暖HP和IP控制 阀。 到冷再热的高旁打开到最小阀位。 当满足下列条件后,启动程序关闭高中压主汽门: ? 主蒸汽温度在限制区之内,以防止高压控制阀阀体骤冷。 ? 主蒸汽压力下的饱和温度在限制区之内,以防冷态启动时高压 控制阀阀体超过热应力。 ? 锅炉能提供足够的蒸汽流量(约10-25%额定流量) 。 运行人员确认蒸汽化学和电导率在限制值之内。要求的主蒸汽和 再热蒸汽的电导率< 0,5 S

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冲转前的检查
启动程序在打开控制阀前做如下检查: 主蒸汽/再热蒸汽温度和压力必须在限制值以内。 主蒸汽/再热蒸汽有足够的过热度。 主蒸汽温度在限制区之内,以防止高压转子骤冷。 再热蒸汽温度在限制区之内,以防止中压转子骤冷。 锅炉负荷稳定,旁路在压力控制方式。

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冲转暖机
启动程序控制机组升速到暖机转速(典型400-600 RPM)。 高压缸排汽通过高排逆止阀去冷再热器。 暖高中压转子 控制器自动调整通过高压缸和中压缸的蒸汽流量,以避免高压和 中低压汽轮机过热。 在暖机期间,通过调节主蒸汽控制高压排汽温度 (允许最大的高 排温度为500°C)

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升速到额定转速
当下列条件满足后,控制器将停止暖机,升速到额定转速: ? 高中压转子预暖完成,保证在升速期间转子不会超过应力。 ? 凝汽器压力在限制值内。 ? 手动信号由运行人员给定。 初始升速率是600 RPM/minute 。 升速率由应力评估器确定。 在额定转速,控制阀预暖管关闭。

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在额定转速暖机
启动程序保持机组转速在额定转速,进行暖机,直到满足要求, 以防机组在带负荷期间超过应力。 调节主蒸汽控制高压排汽温度不超过500°C。 通过高中压调门,控制器自动调节蒸汽流量,以避免汽轮机鼓风 发热。 旁路阀在压力控制方式

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同期带负荷
一旦汽轮机满足了预热要求,机组自动同期 控制器将快速增加负荷到负荷设定值(达到5%额定负荷)。最大升负荷率为10% / min。 汽轮机应力评估器将根据自由温度界限限制升负荷率。当自由温度界限为零时,停 止升负荷。 推荐蒸汽温度给运行人员或协调控制 当达到锅炉负荷,汽轮机可通过全部蒸汽流量,高低旁路关闭。 高压汽轮机在压力控制方式,设定值由运行人员给定。 当旁路站全关后,启动程序将汽轮机控制器切回到压力控制方式。 在滑压运行方式,升高锅炉负荷到设定值。

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EH液压系统
液压控制系统采用高压抗燃油为介 质的高压系统,工作压力16MPa。 ? 组合油箱,提供动力油 ? 油动机,动作蒸汽阀门
整套系统采用德国BOSCH-REXROTH公司产品

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EH油站
供油系统(组合油箱)
冗余的EH油泵 冗余的过滤器 再生装置(分子筛+离子交 换器) 蓄能器(4-50L) 电子设备(液位开关、压 差开关 等) 在线循环系统(循环泵、冷 油器、滤油器)(各两只)

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EH供油系统原理

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调节汽阀/再热调节汽阀油动机
快关电磁阀 伺服阀

过滤器 快关弹簧 阀门 油缸 回油 压力油 行程发送器

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主汽门/再热主汽门油动机
快关电磁阀 方向阀

过滤器 快关弹簧 阀门 油缸 回油 压力油

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EH油动机
调 门

主汽门 油动机

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EH油动机

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保护系统(ETS)
汽轮机超速保护(OPS) :
机组不设机械危急遮断器,采用电子超速装 置。当机组转速超过设定值时,发出停机信号。

电子保护系统(EPS) :
采集所有需要停机的模拟量的值,当这些 值超过设定值时,发出停机信号。

汽轮机遮断系统(TTS) :
接受所有的停机信号,使停机电磁阀动作, 遮断机组。
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保护系统(ETS)
转速信号

处理器

超速保护

I/O卡件 (模拟量) 停机按钮

I/O卡件 (开关量)

停机电磁阀 停机信号

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BRAUN三通道转速监视器
☆ 三个测量通道 ☆ 当3个测量通道的测量结果不同时 ,报警信号的发出由3个通道中的2 个通道同时确定。 ☆ 系统不断检查传感器输入回路, 不同通道的传感器输出信号被同时 监测,并对各通道进行合理的控制 。任何一个故障都发出报警信号。 ☆ 一个独立的数字信号发生器,用 以模拟转速变化,对系统进行全面 的调试实验,可实现手动操作或自 动模拟。

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转速监视器原理图

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电子保护系统(EPS)
汽轮机电子保护系统接受传感器、热电偶等重要的保 护信号。当这些信号超过预设的报警值时,发出报警。 当参数继续变化超过遮断值时,发出遮断信号,通过 TTS系统动作停机电磁阀,遮断机组。 标准的保护包括三取二组态(除振动信号采用二取 二)。 汽轮机保护条件通过模拟量测量,信号不间断的进行 监视和比较。通过数字化自动系统执行信号处理。采 用这种设计,可以精确完成所有汽轮机组保护回路而 不需要进行额外的试验。

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汽轮机遮断系统(TTS)
汽轮机遮断系统(TTS)是一个连接 EPS/OPS系统和遮断电磁阀的二通道系统。 所有的汽轮机遮断指令,OPS、EPS、发 电机保护、遮断按钮等产生停机信号,都通过 TTS系统动作遮断电磁阀。

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主要停机信号
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 超速保护 三取二(数字量) 轴向位移大 三取二(模拟量) 排汽压力大 三取二(模拟量) 排汽温度高 三取二(模拟量) 润滑油压低 三取二(模拟量) 油箱油位低 三取二(模拟量) 轴承温度高 三取二(模拟量) 轴承振动大 二取二(模拟量) 就地手动停机按钮 (数字量) 控制室手动停机按钮 (数字量) 其它汽轮机保护指令 (数字量) 其它保护信号(数字量)
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ETS技术特点
超速保护系统(OPS) 是带有自动在线试验的特 殊电子系统,提供3只独立的转速探头和通道 。 电子保护系统(EPS) 执行回路是冗余的控制系 统。 每个(EPS) 回路提供三个热电偶或传感器,并 采用不同的冗余I/O通道。 所有的遮断信号有指示。 汽轮机保护条件通过模拟量测量,信号不间断 的进行监视和比较。 传感器、电缆、电源和仪表系统故障具有自诊 断和指示。
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监测仪表(TSI)
采用瑞士VIBROMETER公 司VM600产品 一个框架可以监测多达48 个通道(机器保护) 一种卡即可对振动,位移, 动态压力和转速等进行监 测和保护 卡件可以热插拔 卡件组态可以在线进行 输入输出非常灵活 通讯可以经过串口或以太网连接 可以加装CMC16状态监测模块和VM600的状态监测软件CMS,组 成一套集监测保护和状态/运行监测为一体的系统
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TSI测点布置

特点:
轴向位移 绝对振动 相对振动

轴向位移三取二 二个绝对振动 二个相对振动

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振动探头的安装
轴振动探 头1 轴承座振 动探头2 轴振动探 头2 轴承座振 动探头1

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状态监测系统
VM600 CMS 软件是针对旋转机器进行状态、 运行和振动监测的系统。其主要特性:
将状态,运行和振动分析结合在一起。 显示各种数据如趋势和极坐标图,频谱和波形图,瀑布图, 瞬态,轴心轨迹,轴中心线,实时仿真图形,最近事件列表, 机器运行小时和更多其它数据。 频谱,轨迹,起机,停机信号与基准线的比较。 自适应监测。 用户组态的原因和结果信息生成(自动诊断)。 ‘基本运行监测’,‘先进运行监测’和工厂使用的‘优化’模块作 为选项可以完全集成到VM600 的CMS软件中。

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状态监测系统功能
功能和显示:
用户定义的仿真图和仿真图 编辑器 事件历史 机器状态列表 数据库标识选择格栅 直角坐标和极坐标实时趋势 直角坐标或极坐标历史趋势 长时间平均趋势 历史数据选择默认 实时棒图显示 数据库设定功能 设定和用户定义的计算值 报告 机器记事本 键盘数据录入

振动分析显示:
实时波形,频谱和轨迹 历史波形,频谱和轨迹 轴中心线(非瞬态) 历史频谱的瀑布图

振动监测功能:
频带自动比较报警/危险/有效 值 接受区域报警(对矢量频带) 频谱与基准线自动比较 轨迹与极限曲线自动比较 动态报警极限(仅限CMC16)) 基于用户定义的规则通过采集 的数据进行自动诊断

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谢 谢 大 家!

实际负荷 负荷设定 振动监视 油开关 转速调节

缸温监视 喷水 转速测量 油系统 数据采集 保护系统

操作员

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